ข่าว
ข่าว
บ้าน / ข่าว / ข่าวอุตสาหกรรม / เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนครีบเพลท — คู่มือการออกแบบ การเลือก ขนาด และการบำรุงรักษาที่มีประสิทธิภาพ

เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนครีบเพลท — คู่มือการออกแบบ การเลือก ขนาด และการบำรุงรักษาที่มีประสิทธิภาพ

Wuxi Jinlianshun Aluminium Co. Ltd. 2025.10.16

1. เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบครีบแบบเพลท — ภาพรวมและข้อดีหลัก

เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบครีบเพลทเป็นอุปกรณ์ระบายความร้อนประสิทธิภาพสูงที่ออกแบบมาเพื่อถ่ายเทความร้อนระหว่างของเหลวตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไป ในขณะที่ยังคงขนาดที่กะทัดรัดและโครงสร้างน้ำหนักเบา ประกอบด้วยแผ่นโลหะที่ซ้อนกันซึ่งคั่นด้วยแผ่นครีบที่สร้างทางไหลหลายทาง รูปทรงของครีบเพิ่มพื้นที่ผิวและส่งเสริมความปั่นป่วนเพื่อการถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อนที่ดีขึ้น ข้อดีทั่วไป ได้แก่ อัตราส่วนพื้นที่ผิวต่อปริมาตรสูง น้ำหนักต่อกิโลวัตต์ต่ำ ความสามารถหลายกระแส (อากาศสู่อากาศ ก๊าซต่อน้ำมัน ของเหลวต่อก๊าซ) และความง่ายในการปรับแต่งตามข้อกำหนดความดัน อุณหภูมิ และอัตราการไหล

2. ข้อพิจารณาด้านการออกแบบและการก่อสร้าง

การออกแบบเชิงปฏิบัติเริ่มต้นด้วยการระบุหน้าที่ (ภาระความร้อน) อุณหภูมิทางเข้า/ทางออก แรงดันตกคร่อมสูงสุดที่อนุญาต และคุณสมบัติของของไหล ตัวแปรการก่อสร้างหลักที่กำหนดประสิทธิภาพ ได้แก่ ประเภทของครีบ ความสูงและระยะห่างของครีบ ความหนาของแผ่น การเลือกวัสดุ วิธีการบัดกรีหรือการเชื่อม และการจัดเรียงการไหล (การไหลข้าม การไหลทวน หรือหลายรอบ) นักออกแบบมักจะจำลองการถ่ายเทความร้อนด้วยวิธีบันทึกอุณหภูมิเฉลี่ยแตกต่าง (LMTD) และตรวจสอบด้วยการคำนวณพลศาสตร์ของไหล (CFD) เมื่อมีน้ำหนักจำกัดหรือมีข้อจำกัดทางความร้อน

2.1 วัสดุ ความต้านทานการบัดกรีแข็งและการกัดกร่อน

วัสดุที่ใช้โดยทั่วไป ได้แก่ อะลูมิเนียม (น้ำหนักเบา นำความร้อนได้ดีเยี่ยม) สแตนเลส (ความดัน/อุณหภูมิสูงกว่า ทนต่อการกัดกร่อน) และทองแดง (นำไฟฟ้าได้ดีเยี่ยม แต่หนักกว่าและมีราคาแพงกว่า) การบัดกรีแข็ง (โลหะผสมการบัดกรีแข็งอะลูมิเนียมหรือทองแดง) เป็นเรื่องปกติในการต่อแผ่นและครีบ การประสานสุญญากาศสร้างข้อต่อที่เชื่อถือได้สำหรับหน่วยการบินและอวกาศและไครโอเจนิกประสิทธิภาพสูง เลือกวัสดุและวิธีการเชื่อมตามอุณหภูมิในการทำงาน เคมีของไหล และความแข็งแรงทางกลที่ต้องการ

2.2 รูปทรงของครีบและผลกระทบต่อการถ่ายเทความร้อนและแรงดันตก

รูปทรงของครีบ (ธรรมดา มีรูพรุน บานเกล็ด หยัก หรือแถบเยื้อง) ควบคุมความสมดุลระหว่างค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนและแรงดันตก ครีบแบบบานเกล็ดและแบบออฟเซ็ตจะเพิ่มความปั่นป่วนและการถ่ายเทความร้อน แต่ยังเพิ่มแรงดันตกคร่อมอีกด้วย ครีบธรรมดาช่วยลดแรงดันตก แต่ต้องการพื้นที่ด้านหน้าที่ใหญ่กว่าเพื่อการทำงานที่เทียบเท่ากัน แนวปฏิบัติในการออกแบบโดยทั่วไปคือการเลือกครีบที่ตรงตามค่า ΔP ที่อนุญาต ในขณะเดียวกันก็ลดน้ำหนักและพื้นที่ส่วนหน้าให้เหลือน้อยที่สุด

3. ประสิทธิภาพการระบายความร้อน: รายการตรวจสอบการคำนวณ

ปฏิบัติตามรายการตรวจสอบทีละขั้นตอนนี้เพื่อประเมินประสิทธิภาพการระบายความร้อนสำหรับการออกแบบเบื้องต้น:

  • กำหนดอุณหภูมิเข้า/ออก และอัตราการไหลของมวลสำหรับแต่ละกระแส
  • คำนวณหน้าที่ความร้อนที่ต้องการ Q = ṁ·c_p·ΔT สำหรับสตรีมทั้งหมด
  • เลือกรูปทรงของครีบและประมาณค่าสัมประสิทธิ์การพาความร้อนแต่ละด้าน (ใช้ความสัมพันธ์หรือข้อมูลผู้ขาย)
  • คำนวณค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนโดยรวม U รวมถึงประสิทธิภาพครีบและการนำผ่านแผ่น
  • ใช้ A = Q / (U·LMTD) เพื่อประมาณพื้นที่การถ่ายเทความร้อนที่ต้องการ ทำซ้ำกับข้อจำกัดความดันตก

4. แรงดันตกและขีดจำกัดทางกล — ข้อเสียในทางปฏิบัติ

การออกแบบครีบของเพลทมักถูกจำกัดด้วยแรงดันตกที่ยอมรับได้ ความหนาแน่นของครีบสูงและรูปทรงครีบที่ก้าวร้าวจะเพิ่มการถ่ายเทความร้อน แต่ยังเพิ่มการสูญเสียแรงดันและกำลังของพัดลม/ปั๊มอีกด้วย สำหรับก๊าซ ความดันตกคร่อมจะขยายอย่างมากตามความเร็วและการอุดตันของครีบ สำหรับของเหลว การเลือกขนาดทางอย่างระมัดระวังจะหลีกเลี่ยงการสูญเสียความหนืดสูง ขีดจำกัดทางกลประกอบด้วยแรงดันใช้งานสูงสุด การขยายตัวที่แตกต่างกันระหว่างวัสดุ และความล้าของข้อต่อประสานภายใต้ภาระความร้อนแบบไซคลิก ซึ่งมีความสำคัญสำหรับการใช้งานด้านการบินและอวกาศและการแช่แข็ง

5. แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดในการขจัดคราบสกปรก การทำความสะอาด และการบำรุงรักษา

เนื่องจากเครื่องแลกเปลี่ยนครีบแบบเพลทใช้ทางแคบ จึงไวต่อการเปรอะเปื้อนของอนุภาคและการเปรอะเปื้อนจากไอระเหยที่ควบแน่นมากกว่า แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุด:

  • ระบุการกรองและตัวแยกต้นทางเพื่อลดการโหลดอนุภาคและหยด
  • เลือกวัสดุครีบและแผ่นที่เข้ากันได้กับสารเคมีในการทำความสะอาด หากคาดว่าจะมีการทำความสะอาดด้วยสารเคมี
  • ออกแบบสำหรับการตรวจสอบในแหล่งกำเนิดหรือรวมโมดูลหลักที่เปลี่ยนได้สำหรับการใช้งานที่ต้องรับบริการหนัก
  • ใช้การชะล้างย้อนกลับเป็นระยะ (สำหรับการไหลแบบย้อนกลับ) หรือการทำความสะอาดด้วยลม หากมี

6. แนวทางการกำหนดขนาดและตัวอย่างการคำนวณ

ตัวอย่างขนาดโดยย่อ (อากาศสู่ของเหลว): หน้าที่ที่ต้องการ 50 kW, ช่องอากาศเข้า 25°C ถึง 45°C, ช่องน้ำเข้า 40°C ถึง 35°C, ด้านอากาศที่อนุญาต ΔP = 150 Pa วิธีการอย่างรวดเร็ว: คำนวณ Q และอัตราการไหลของมวลน้ำ ประมาณการค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนด้านอากาศตามประเภทครีบและพื้นที่ด้านหน้าที่เลือก คำนวณ U และ A ด้วย LMTD จากนั้นตรวจสอบอากาศ ความเร็วสำหรับขีดจำกัด ∆P ในทางปฏิบัติคุณต้องทำซ้ำระยะห่างระหว่างครีบและพื้นที่ส่วนหน้า ผู้จำหน่ายมักจัดทำแผนที่ประสิทธิภาพเพื่อเร่งกระบวนการนี้

7. การสมัครและรายการตรวจสอบการคัดเลือกสำหรับผู้ซื้อ

ภาคการใช้งานทั่วไป ได้แก่ อินเตอร์คูลเลอร์ด้านการบินและอวกาศและการปฏิเสธความร้อน ไครโอเจนิกส์ การแปรรูปก๊าซ รถไฟทำความเย็นน้ำมันและก๊าซ และเครื่องประหยัด HVAC ขนาดกะทัดรัด ใช้รายการตรวจสอบนี้เพื่อเลือกซัพพลายเออร์หรือผลิตภัณฑ์:

  • ยืนยันหน้าที่เกี่ยวกับความร้อน, ∆P ที่อนุญาต และอุณหภูมิของเหลวสูงสุด/ต่ำสุด
  • ขอใบรับรองวัสดุและการบัดกรีแข็ง และรายงานผลการทดสอบ (การทดสอบแรงดัน/การรั่ว เส้นโค้งการทดสอบประสิทธิภาพ)
  • ขอการตรวจสอบจากบุคคลที่สามสำหรับการใช้งานที่สำคัญ (การบินและอวกาศ ไครโอเจนิกส์ นิวเคลียร์ที่อยู่ติดกัน)
  • ประเมินการเข้าถึงการบำรุงรักษาและตัวเลือกโมดูลสำรองเพื่อความสามารถในการทำงานในระยะยาว

8. การเปรียบเทียบ: ครีบแบบเพลทกับตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและท่อและแบบเพลท

ตารางด้านล่างสรุปข้อดีข้อเสียเชิงปฏิบัติเพื่อช่วยตัดสินใจว่าเมื่อใดตัวแลกเปลี่ยนครีบจึงเป็นตัวเลือกที่เหมาะสม

พารามิเตอร์ แผ่นแลกเปลี่ยนครีบ เปลือกและท่อ แผ่นปะเก็น
กำลังเฉพาะ / kW·kg⁻¹ สูงมาก ต่ำ ปานกลาง
ความไวต่อการเปรอะเปื้อน สูง (ข้อความแคบ) ต่ำ (larger passages) ปานกลาง (cleanable)
ความสามารถแบบมัลติสตรีม ยอดเยี่ยม จำกัด จำกัด
ค่าใช้จ่ายทั่วไป ปานกลาง–high (depends on material) ต่ำer for simple designs การแข่งขัน

9. เกณฑ์การทดสอบ การรับรอง และการยอมรับ

ระบุการทดสอบการยอมรับในใบสั่งซื้อ: การทดสอบแรงดันไฮโดรสแตติก การทดสอบการรั่วของฮีเลียม (สำหรับหน่วยสุญญากาศ/ไครโอเจนิกส์) การตรวจสอบเส้นโค้งประสิทธิภาพ (หน้าที่ที่วัดเทียบกับที่คาดการณ์ไว้) และการตรวจสอบแบบไม่ทำลายของข้อต่อประสานเมื่อจำเป็น สำหรับระบบที่มีความสำคัญด้านความปลอดภัย ได้แก่ การทดสอบความล้าและวัฏจักรความร้อน ต้องมีเอกสาร QA ที่ผู้ขายเป็นผู้จัดหา เช่น การตรวจสอบย้อนกลับของวัสดุและรายงานการเติมแบบประสาน

10. ข้อมูลอ้างอิงด่วน — เคล็ดลับที่เป็นประโยชน์สำหรับวิศวกร

  • หากน้ำหนักและความกะทัดรัดเป็นข้อจำกัดหลัก (เครื่องบิน อุปกรณ์เคลื่อนที่) โดยปกติแล้วเพลทฟินจะเลือกใช้
  • สำหรับของเหลวที่สกปรกหรือมีฝุ่นละออง แนะนำให้ใช้แบบมีเปลือกและท่อหรือจัดให้มีการกรองล่วงหน้าที่มีประสิทธิภาพ
  • เมื่อออกแบบสำหรับบริการที่อุณหภูมิต่ำมาก (ไครโอเจนิค) การออกแบบครีบแผ่นอลูมิเนียมประสานสุญญากาศถือเป็นมาตรฐานอุตสาหกรรม โดยให้ความสำคัญกับการหดตัวและซีลส่วนต่างอย่างใกล้ชิด
  • ขอแผนที่ประสิทธิภาพของผู้ขาย (หน้าที่เทียบกับ ΔP) และทดสอบใบรับรองก่อนการคัดเลือกขั้นสุดท้ายเสมอ